铝合金搅拌摩擦焊缝摩擦塞补焊工艺与组织性能研究

发布时间：2020-03-23 01:09

【摘要】：摩擦塞补焊(Friction plug welding,FPW)是一种新的固相摩擦补焊方法。本文针对大型运载火箭储箱所用的2219铝合金材料,进行了搅拌摩擦焊缝的摩擦塞补焊试验。同时还进行了异种铝合金搅拌焊缝摩擦塞补焊的工艺试验。其结果为广泛应用摩擦塞补焊技术提供重要试验依据。本文的主要结论包括:(1)背部支撑垫板的尺寸对焊缝成形有重要影响,最佳垫板尺寸为上部为20mm下部为16mm锥形孔。22192219、60616061同种铝合金摩擦塞补焊和20242219、70752219异种铝合金摩擦塞补焊的优化工艺窗口分别为:7500rpm40-55kN、7500rpm30-40kN、6500-7500rpm45-50kN和6500-7500rpm45-50kN。(2)对铝合金摩擦塞补焊的焊缝成形和显微组织进行了详细分析,同种和异种铝合金摩擦塞补焊接头都可以分为6个区域:塞棒区、塞棒热力影响区、再结晶区、热力影响区、热影响区、母材区或焊核区。(3)由于铝合金材料和热处理状态的不同,在摩擦塞补焊过程中硬度会有不同程度的下降。塞棒区都是受热影响最严重的区域,所以硬度下降最多;2219铝合金板也有较多的下降,所以2219铝合金摩擦塞补焊结合面处的硬度也下降较多;而6061、2024和7075板的硬度下降较小,结合面上的硬度高于塞棒区。(4)在焊接参数为7500rpm45kN时,2219铝合金搅拌焊缝摩擦塞补焊接头最大抗拉强度为336.3Mpa,相当于母材的73.9%;在焊接参数为7500rpm40kN时,6061铝合金摩擦塞补焊接头抗拉强度为228.8Mpa,相当于母材的73.8%;在焊接参数为7500rpm50kN时,20242219异种铝合金搅拌焊缝摩擦塞补焊接头抗拉强度为338.5Mpa,相当于母材的72%;在焊接参数为6500rpm45kN时,70752219异种铝合金搅拌焊缝摩擦塞补焊接头抗拉强度为345.1Mpa,相当于母材的64.1%。其实对于异种铝合金的搅拌焊缝摩擦塞补焊接头,抗拉强度只是塞棒区的强度,结合面处的强度是高于这个数值的,所以塞棒的材料影响了接头的抗拉强度。(5)从不同铝合金摩擦塞补焊的拉伸断口来看,在连接质量较好时,都是微孔聚集型的韧性断裂,断口表面有较多的韧窝,经历了大量塑性变形;对于连接质量不太好的接头,会有部分接头断口表面没有韧窝,比如22192219铝合金摩擦塞补焊的结合面底部和70752219铝合金摩擦塞补焊的结合面上部,这些连接不好的地方会成为裂纹源而使拉伸性能降低。
【图文】：

相比于熔焊方法，固相焊的特点有效地防止了固相裂焊接过程中金属没有发生液化，减少了合金元素的损失；由于搅拌头的挤压作用，能得到细小晶粒的焊缝组织着搅拌摩擦焊的发展，不仅可以用于铝合金的焊接，也材料，比如碳钢和一些重要的合金钢。搅拌摩擦焊的原的搅拌针插入对接板中心，在搅拌针的搅拌和轴肩的作接，搅拌摩擦焊的原理如图 1-1 所示[14]。搅拌摩擦焊解和 7 系高强铝合金的焊接性问题，有些被认为用熔焊是用搅拌摩擦焊来解决。相比于熔焊方法，焊接过程中没根本上解决了焊接气孔、热裂纹及焊后应力腐蚀裂纹等生产实践中都已开始广泛应用搅拌摩擦焊。挪威海于松产 70 千米以上的搅拌摩擦焊铝板, 主要用于造船业的甲接。高铁、地铁和大型集装箱等都已广泛使用搅拌摩擦搅拌摩擦焊成功地运用到具有复杂结构的飞机门的曲行测试[16-17]。

陷的修补方法有熔化极气体保护焊、搅拌摩擦补焊方法。手工电弧焊和手工钨极氩弧保护焊两种补焊方焊方法的合理参数。手工电弧焊适合于碳钢、的修补，但是手工电弧焊材利用率低且污染较烟尘，焊接环境好，，焊稳定性好，适合于几乎修补。21]研究了大型铝合金铸件的补焊方法。他们认有熔化极氩弧焊和手工钨极氩弧焊。手工钨极熔化极氩弧焊,其焊丝为电极,可以使用更大的,焊接速度快,热影响区小,可以用来修补比较厚弧焊只适用于板材、型材等结构较规则的焊缝于大型铝合金铸件的补焊。熔化极氩弧焊的
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG453.9

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本文编号：2595919